Konzepte zur Integration von FTS in die Materialflüsse der Produktion

Abstract

Für die diskrete Fertigung, die durch ein Produktionsumgebung charakterisiert wird, in der Produkte als abzählbare Einheiten hergestellt werden, wird die Forderung nach kurzen Durchlaufzeiten, geringen Beständen und hoher Flexibilität zunehmend größer. Dies führt dazu, dass der innerbetriebliche Materialfluss als integratives Element im Unternehmen immer mehr an Bedeutung gewinnt. Fahrerlose Transportsysteme (FTS) bieten ein hohes Maß an Flexibilität, automatisieren den innerbetrieblichen Materialfluss und erfüllen vermehrt Aufgaben mit erhöhter Komplexität. Somit können Herausforderungen bzgl. variablen Produkten und kleinen Stückzahlen in einer sich ständig ändernden Produktionsumgebung bewältigt werden.Das Ziel dieser Arbeit ist es, Konzepte für die Integration von FTS in die Prozesse der Materialtransporte zwischen Lägern und Produktion bzw. innerhalb der Produktion zu beschreiben. Zusätzlich soll in einer bestehenden MES Infrastruktur eine prototypische Implementierung der Validierung der theoretischen Annahmen dienen. Dazu steht im Zuge des Forschungsprojektes der TU Wien in der Pilotfabrik ein mobiler Roboter samt Steuerungssoftware für den Materialtransport zur Verfügung. Als übergeordneter Flottenmanager wird die Open-Source Software openTCS verwendet, welche im Stande ist, neue Fahrzeuge einzubinden und einen Parallelbetrieb von Fahrzeugen unterschiedlicher Hersteller in demselben Arbeitsumfeld erlaubt. Um die Schnittstelle des Flottenmanagers zu übergeordneten Systemen, wie zu einem MES darstellen zu können, wurde die Software Node-Red verwendet. Im Praxisteil wird anschließend vorgeführt, wie über Node-Red ein Austausch von Datentelegrammen, etwa z. B. Transportaufträge oder Statusmeldungen, mit dem Flottenmanager openTCS stattfinden kann. Ein weiterer Aspekt, welcher in dieser Arbeit behandelt wird, ist die Schnittstelle zur Kommunikation zwischen fahrerlosen Transportfahrzeugen (FTF) und einer FTS-Leitsteuerung. Dazu wird die VDA 5050 vorgestellt, in der Möglichkeiten für die Definition einheitlicher Schnittstellen zwischen der Leitsteuerung und den FTF aufgezeigt werden. Die Umsetzung erfolgt im Praxisteil, in dem ein Fahrzeugtreiber in openTCS programmiert wird, welcher die Daten des Fahrzeuges einliest und die entsprechenden Fahrbefehle nach Vorgabe der VDA 5050 versendet. Die Schnittstelle zum Fahrzeug wurde dabei durch MQTT realisiert. Das Ergebnis dieser Arbeit soll zeigen, wie ein FTS in die IT-Architektur eines Produktionsunternehmen integriert werden kann, mit dem Fokus auf die Schnittstelle zum MES, und weiters beschreiben wie die Einbindung von zukünftigen Fahrzeugen erfolgen kann.

For discrete manufacturing, which is characterized by a production environment in which products are manufactured as countable units, the demand for short turnaround times, low stocks and high flexibility is growing. As a result, the internal flow of materials is becoming increasingly important as an integrative element in the company. Automated Guided Vehicle (AGV) systems offer a high degree of flexibility, automate in-house material flow and increasingly perform tasks with increased complexity. This enables challenges regarding variable products and small quantities to be overcome in an ever-changing production environment.The aim of this work is to describe concepts for the integration of AGV System into the processes of material transport between warehouse and production or within production. In addition, a prototypical implementation for the validation of theoretical assumptions is to be used in an existing MES infrastructure. During the research project of TU Wien, a mobile robot with control software for material transport is available in the pilot factory. The open source software openTCS is used as the higher-level fleet manager, which can integrate new vehicles and allow parallel operation of vehicles delivered by different manufacturers in the same working environment. The software Node-Red was used to represent the interface of the fleet manager to higher-level systems, such as an MES. In the practical part, it is then demonstrated how an exchange of data telegrams, e. g. transport orders or status messages, can take place via Node-Red, with the fleet manager openTCS. Another aspect covered in this work is the interface for communication between an AGV and a Fleet Manager. For this purpose, the VDA 5050 is presented, which shows possibilities for the definition of uniform interfaces between the control system and the AGV. The implementation takes place in the practical part, in which a vehicle driver is programmed in openTCS, which reads the data of the vehicle and sends the corresponding driving commands according to the specification of the VDA 5050. The interface to the vehicles was realized by MQTT. The result of this work is intended to show how an AGV can be integrated into the IT architecture of a production company, with a focus on the interface to the MES, and further describe how the integration of future vehicles takes place.